(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空内に載置された高抵抗体の帯電特性の均一性を評価する帯電特性評価装置であって、
前記高抵抗体に荷電粒子ビームを照射し帯電させる帯電手段と、
帯電された前記高抵抗体からの２次電子を検出する検出手段と、
検出された前記２次電子を潜像画像データに変換する変換手段と、
変換された前記潜像画像データを所定の基準信号強度に基づき明部と暗部に２値化する２値化手段と、
２値化された前記潜像画像データのうち前記明部の占める画素数を計測する計測手段と、
前記計測手段による計測結果に基づいて前記高抵抗体の帯電特性の均一性を評価する評価手段と、
を有してなり、
前記検出手段は、前記２次電子の検出を所定時間毎に複数回行い、
前記評価手段は、前記明部の増加量の経時的な変化に基づき帯電し易い領域および抗帯電領域のそれぞれの帯電のピーク時点を求め、前記ピーク時点間の時間の長さに基づき前記高抵抗体の帯電特性の均一性を評価することを特徴とする帯電特性評価装置。
【請求項２】
前記帯電手段は、第１帯電と、前記第１帯電とは荷電粒子ビームの照射条件が異なる第２帯電とを行う請求項１記載の帯電特性評価装置。
【請求項３】
前記第２帯電において前記高抵抗体を移動する移動手段を有する請求項２記載の帯電特性評価装置。
【請求項４】
前記荷電粒子ビームの加速電圧は、前記第１帯電と前記第２帯電では異なる請求項２記載の帯電特性評価装置。
【請求項５】
前記高抵抗体の背面に印加される電圧は、前記第１帯電と前記第２帯電では異なる請求項２記載の帯電特性評価装置。
【請求項６】
前記荷電粒子ビームの照射密度は、前記第１帯電と前記第２帯電では異なる請求項２記載の帯電特性評価装置。
【請求項７】
前記荷電粒子ビームは電子ビームである請求項１乃至６のいずれかに記載の帯電特性評価装置。
【請求項８】
前記荷電粒子ビームはイオンビームである請求項１乃至６のいずれかに記載の帯電特性評価装置。
【請求項９】
真空内に載置された高抵抗体の帯電特性の均一性を評価する帯電特性評価方法であって、
前記高抵抗体に荷電粒子ビームを照射し帯電させる帯電工程と、
帯電された前記高抵抗体からの２次電子を検出する検出工程と、
検出された前記２次電子を潜像画像データに変換する変換工程と、
変換された前記潜像画像データを所定の基準信号強度に基づき明部と暗部に２値化する２値化工程と、
２値化された前記潜像画像データのうち前記明部の占める画素数を計測する計測工程と、
前記計測の結果に基づいて前記高抵抗体の帯電特性の均一性を評価する評価工程と、
を有してなり、
前記検出工程では、前記２次電子の検出を所定時間毎に複数回行い、
前記評価工程では、前記明部の増加量の経時的な変化に基づき帯電し易い領域および抗帯電領域のそれぞれの帯電のピーク時点を求め、前記ピーク時点間の時間の長さに基づき前記高抵抗体の帯電特性の均一性を評価することを特徴とする帯電特性評価方法。
【請求項１０】
前記帯電工程では、第１帯電と、前記第１帯電とは荷電粒子ビームの照射条件が異なる第２帯電とを行う請求項９記載の帯電特性評価方法。
【請求項１１】
前記第２帯電において前記高抵抗体を移動する移動工程を有する請求項１０記載の帯電特性評価方法。
【請求項１２】
前記荷電粒子ビームの加速電圧は、前記第１帯電と前記第２帯電では異なる請求項１０記載の帯電特性評価方法。
【請求項１３】
前記高抵抗体の背面に印加される電圧は、前記第１帯電と前記第２帯電では異なる請求項１０記載の帯電特性評価方法。
【請求項１４】
前記荷電粒子ビームの照射密度は、前記第１帯電と前記第２帯電では異なる請求項１０記載の帯電特性評価方法。
【請求項１５】
前記荷電粒子ビームは電子ビームである請求項９乃至１４のいずれかに記載の帯電特性評価方法。
【請求項１６】
前記荷電粒子ビームはイオンビームである請求項９乃至１４のいずれかに記載の帯電特性評価方法。
【請求項１７】
コンピュータを、請求項１記載の帯電特性評価装置が有する変換手段と、２値化手段と、計測手段と、評価手段として機能させることを特徴とする帯電特性評価プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高抵抗体の帯電特性評価をミクロンスケールで行うことのできる高抵抗体の帯電特性評価装置、帯電特性評価方法および帯電特性評価プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機やレーザプリンタといった電子写真方式の画像形成装置には、帯電ローラ、感光体、転写ベルト、定着ベルト、および紙媒体などの高抵抗体が用いられている。これらの高抵抗体は、いずれも静電気を帯びることで機能を発揮するため、良好な帯電特性、特に高抵抗体表面において均一な帯電特性を備えることが求められる。なお、ここでいう高抵抗とは、体積抵抗が約１０７Ω・ｃｍ以上の抵抗をいう。
【０００３】
近年、画像形成装置に対して、書き込みの高密度化の要求が高まっている。しかし、高抵抗体表面に帯電特性のばらつきがあると、帯電が不均一になり、形成される画像が劣化する恐れがある。例えば、高抵抗体が紙である場合は、紙面の帯電特性のばらつきにより、転写工程においてチリや地汚れ、ドットのばらつき等が生じる恐れがある。この問題は、書込みが高密度化すればするほど顕著となるため、帯電特性の均一性が益々重要となっている。高抵抗体の帯電特性の均一性を評価するためには、高抵抗体の帯電電位を算出する必要がある。
【０００４】
被測定物の帯電電位を算出する方法として、特許文献１に記載されているように、振動容量タイプの表面電位計を用いる方法がある。この方法では、被測定物に一定の間隔を隔てて平板電極を対向させることでコンデンサが形成される。このコンデンサに外部から電圧を印加した状態で、被測定物と平板電極とを垂直に振動させると、コンデンサの静電容量が変化し、被測定物の表面電位と印加電圧との差に比例した交流電流が誘起される。この交流電流がゼロになる印加電圧に基づいて、表面の帯電電位が算出される。
【０００５】
しかし、特許文献１記載の方法は、空間分解能が数ｍｍ程度のスケールであるため、ミクロンスケールでの帯電電位の算出を行うことはできない。
【０００６】
ミクロンスケールで被測定物の帯電電位を算出する方法として、カンチレバーなどのセンサヘッドを、電位分布を有する試料に近づけ、そのとき静電潜像とカンチレバーなどとの間に相互作用として起こる静電引力や誘導電流を計測し、これを電位分布に変換する方法がある。静電引力タイプはＳＰＭ（Scanning Probe Microscope）として市販されており、また、誘導電流タイプは特許文献２および特許文献３に記載されているものがある。
【０００７】
しかしながら、これらの方法を用いるためには、センサヘッドを被測定物に近接させる必要がある。例えば、１０μｍの空間分解能を得るためには、センサヘッドと被測定物との間の距離は１０μｍ以下にする必要がある。
【０００８】
ただし、センサヘッドと被測定物を近接させる場合、以下に示すような大きな問題が生じるため、他の用途に使うことはできても、高抵抗体の静電特性の算出に適用することは困難である。
・絶対距離計測が必要となる。
・測定に時間がかかり、その間に潜像の状態が変化する。
・放電、吸着が起こる。
・センサ自身が磁場を乱す。
【０００９】
そこで、特許文献４に記載されているように、荷電粒子ビームをプローブとして用いる静電特性の測定装置が用いられている。この測定装置によると、上記カンチレバーなどのセンサヘッドを用いる場合の問題が生じることなく、被測定物の静電特性をミクロンスケールで測定することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した荷電粒子ビームをプローブとする測定装置を用いて、高抵抗体の静電特性をミクロスケールで測定したところ、ミリスケールで評価した場合には均一に見えていた高抵抗体の静電特性が、実際には不均一の場合がある。すなわち、高抵抗体全体を同じ帯電条件で帯電させた場合でも、比較的短時間で帯電する領域と、帯電に比較的長時間を要する領域（以下「抗帯電領域」という。）とに分かれてしまう。
【００１１】
図１４は、抗帯電領域の分布が高抵抗体毎に異なることを示している。図１４（ａ）は観測領域全体で良好に帯電が行われる高抵抗体を、図１４（ｂ）は抗帯電領域（暗部で示す）が存在している高抵抗体を、図１４（ｃ）は図１４（ｂ）に示す画像を２値化した画像である。このように、高抵抗体毎に帯電特性の均一性が異なるため、高抵抗体を用いて画像形成を行う場合には、高抵抗体毎に帯電特性を評価した上で、各高抵抗体に適した帯電条件を設定する必要がある。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、高抵抗体の帯電特性評価をミクロンスケールで行うことのできる帯電特性評価装置および帯電特性評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明にかかる帯電特性評価装置は、真空内に載置された高抵抗体の帯電特性の均一性を評価する帯電特性評価装置であって、前記高抵抗体に荷電粒子ビームを照射し帯電させる帯電手段と、帯電された前記高抵抗体からの２次電子を検出する検出手段と、検出された前記２次電子を潜像画像データに変換する変換手段と、変換された前記潜像画像データを所定の基準信号強度に基づき明部と暗部に２値化する２値化手段と、２値化された前記潜像画像データのうち前記明部の占める画素数を計測する計測手段と、前記計測手段による計測結果に基づいて前記高抵抗体の帯電特性の均一性を評価する評価手段と、を有してなり、前記検出手段は、前記２次電子の検出を所定時間毎に複数回行い、前記評価手段は、前記明部の増加量の経時的な変化に基づき帯電し易い領域および抗帯電領域のそれぞれの帯電のピーク時点を求め、前記ピーク時点間の時間の長さに基づき前記高抵抗体の帯電特性の均一性を評価することを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、帯電による明部増加量の経時的な変化に基づいて高抵抗体の帯電特性評価を行うことができる。
【００１９】
また、本発明にかかる帯電特性評価装置は、前記帯電手段は、第１帯電と、前記第１帯電とは荷電粒子ビームの照射条件が異なる第２帯電とを行うことを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、荷電粒子ビームの照射条件を変えることで高抵抗体を比較的短時間で帯電させることができるため、高抵抗体の帯電特性評価を短時間で行うことができる。
【００２１】
また、本発明にかかる帯電特性評価装置は、前記第２帯電において前記高抵抗体を移動する移動手段を有することを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、ある角度から荷電粒子ビームを入射させたときには帯電しにくい場合でも、別の角度から荷電粒子ビームを入射させることができるため、高抵抗体を比較的短時間で帯電させることができる。
【００２３】
また、本発明にかかる帯電特性評価装置は、前記荷電粒子ビームの加速電圧は、前記第１帯電と前記第２帯電では異なることを特徴とする。
【００２４】
この構成によれば、荷電粒子ビームが高抵抗体に到達する際のランディングエネルギを調整することができ、高抵抗体を比較的短時間で帯電させることができる。
【００２５】
また、本発明にかかる帯電特性評価装置は、前記高抵抗体の背面に印加される電圧は、前記第１帯電と前記第２帯電では異なることを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、荷電粒子光学系の調整を行うことなく荷電粒子ビームが高抵抗体に到達する際のランディングエネルギを調整することができ、高抵抗体を比較的短時間で帯電させることができる。
【００２７】
また、本発明にかかる帯電特性評価装置は、前記荷電粒子ビームの照射密度は、前記第１帯電と前記第２帯電では異なることを特徴とする。
【００２８】
この構成によれば、荷電粒子ビームの照射密度を変えることで高抵抗体を比較的短時間で帯電させることができるため、高抵抗体の帯電特性評価を短時間で行うことができる。
【００２９】
また、本発明にかかる帯電特性評価装置は、前記荷電粒子ビームは電子ビームであることを特徴とする。
【００３０】
この構成によれば、電子ビームを用いて高抵抗体の帯電特性評価を行うことができるため、カンチレバーのセンサヘッドを用いる場合と異なり、絶対距離計測が不要であり、測定を短時間で行うことができ、放電、吸着が起こらず、センサが磁場を乱すこともないため、測定を迅速、簡便かつ安定して行うことができる。
【００３１】
また、本発明にかかる帯電特性評価装置は、前記荷電粒子ビームはイオンビームであることを特徴とする。
【００３２】
この構成によれば、イオンビームを用いて高抵抗体の帯電特性評価を行うことができるため、カンチレバーのセンサヘッドを用いる場合と異なり、絶対距離計測が不要であり、測定を短時間で行うことができ、放電、吸着が起こらず、センサが磁場を乱すこともないため、測定を迅速、簡便かつ安定して行うことができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、高抵抗体の帯電特性評価をミクロンスケールで行うことができるとともに、絶対距離計測をすることなく測定を短時間で行うことができ、放電、吸着が起こらず、センサが磁場を乱すことがなく、測定を迅速、簡便かつ安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る帯電特性評価装置の実施の形態を示す概略断面図である。
【図２】図１の帯電特性評価装置を用いた高抵抗体の帯電特性評価において、所定時間毎の明部画素数の増加量を計測する工程を示すフローチャートである。
【図３】電子ビームの加速電圧と高抵抗体の帯電電位の関係を示すグラフである。
【図４】電子ビームの照射時間と帯電潜像との関係を示す平面図である。
【図５】２次電子の検出を説明するための概略図である。
【図６】図５のフローチャートにより算出された所定時間毎の明部画素数の増加量を示すグラフである。
【図７】本発明の別の実施の形態に係る帯電特性評価装置を用いた高抵抗体の帯電特性評価において、所定時間毎の明部画素数の増加量を計測する工程を示すフローチャートである。
【図８】本発明に係る帯電特性評価装置の更に別の実施の形態を示す概略断面図である。
【図９】図８の帯電特性評価装置を用いた高抵抗体の帯電特性評価において、所定時間経過後の明部画素数を計測する工程を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の別の実施の形態に係る帯電特性評価装置を用いた高抵抗体の帯電特性評価において、電子ビーム照射条件を変えて明部画素数の増加量を計測する工程を示すフローチャートである。
【図１１】電子ビームの照射条件として照射角度を変える構成を示す要部断面図である。
【図１２】電子ビームの照射条件として高抵抗体の背面電圧を変える構成を示す要部断面図である。
【図１３】電子ビームの照射条件として照射電流密度を変える構成を示す要部断面図である。
【図１４】抗帯電領域の分布が高抵抗体毎に異なることを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明に係る帯電特性評価装置、帯電特性評価方法および帯電特性評価プログラムの各実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
[第１の実施例]
本発明に係る帯電特性評価装置、帯電特性評価方法および帯電特性評価プログラムの第１の実施例について説明する。図１は、本発明に係る帯電特性評価装置の実施形態を示している。
【００３７】
帯電特性評価装置１は、荷電粒子光学系５０、試料載置台６０、２次電子検出器７０および情報処理部８０を有する。これら各構成は、図示しない電源に接続されるとともに、図示しないコンピュータ等の制御手段により動作が制御される。
【００３８】
荷電粒子光学系５０は、荷電粒子ビームとしての電子ビームを発生させるための電子銃２と、電子ビームを制御するサプレッサ電極３および引き出し電極４と、電子ビームのエネルギーを制御する加速電極５と、電子銃から発生された電子ビームを集束させるためのコンデンサレンズ６と、電子ビームのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うビームブランキング電極７と、電子ビームの照射電流の電流密度（単位時間あたりの照射電位数）を制御するためのアパーチャ（可動絞り）８と、ビームブランキング電極７を通過した電子ビームの非点補正を行うスティグメータ９と、スティグメータ９を通過した電子ビームにより走査を行わせる偏向コイルである走査レンズ１０と、走査レンズ１０を通過した電子ビームを再び集光する静電対物レンズ１１からなる。走査レンズ１０はいわゆる偏向コイルであり、それぞれのレンズ等には、図示しない駆動用電源が接続されている。なお、ここでいう荷電粒子とは、電子ビームあるいはイオンビームなど電界や磁界の影響を受ける粒子のことを指す。イオンビームを用いて帯電を行う場合には、電子銃２の代わりに液体金属イオン銃等を用いる。
【００３９】
電子銃２の陰極には、タングステンやＬａｂ６が用いられている。高抵抗体１２を電子銃２により帯電させる場合、高抵抗体１２の表面を均一に帯電させるため、電子ビームを用いた走査が行われる。なお、高抵抗体１２の表面を走査するのに代えて、電子ビームを高抵抗体１２の表面全体に拡散させるようにして帯電させてもよい。
【００４０】
試料載置台６０は、高抵抗体１２を載置するための平面が形成された台である。試料載置台６０に高抵抗体１２が載置された後、帯電特性評価装置１の筐体内部が図示せぬ真空ポンプを用いて真空状態にされ、帯電特性の評価が行われる。
【００４１】
２次電子検出器７０は、シンチレータや光電子増倍管等の検出器である。
【００４２】
情報処理部８０は、信号検出部８１、画像データ変換部８２、２値化部８３、明部画素カウント部８４および比較部８５を有している。
【００４３】
信号検出部８１は、２次電子検出器７０により得られる２次電子データのサンプリングの制御を行う。信号検出部８１は、走査レンズ１０からの走査信号と同期を取ることで、各走査位置と、その位置における２次電子検出量とを関連付ける。
【００４４】
画像データ変換部８２は、信号検出部８１により得られた各走査位置における２次電子検出量をもとに２次電子データを画像データに変換する。
【００４５】
２値化部８３は、画像データ変換部８２により得られた画像データの各画素について、所定の輝度を閾値（以下、「基準信号強度」という。）とした２値化処理を行う。具体的には、２値化部８３は、各画素について基準信号強度以上の部分を明部、それ以外の部分を暗部として２値化処理を行う。
【００４６】
明部画素カウント部８４は、２値化された画像データに含まれる明部の画素数を計測する。
【００４７】
比較部８５は、明部画素カウント部８４による計測データが複数ある場合に、計測データの比較を行い、明部の画素数の差を算出する。
【００４８】
なお、上述した情報処理部８０では、本発明に係る帯電特性評価プログラムが動作していて、情報処理部８０内の各部を制御することで、後述する帯電特性評価方法を実現している。
【００４９】
上述した構成を有する帯電特性評価装置１を用いた高抵抗体の帯電特性の評価方法について、図２を用いて説明する。図２は本実施例に係る帯電特性評価装置による高抵抗体の帯電特性評価において、所定時間毎の明部画素数の増加量を計測する工程を示すフローチャートである。
【００５０】
まず、電子銃２は、高抵抗体１２に電子ビームを照射し、高抵抗体１２の表面の帯電を行う（ステップＳ１）。この帯電は、電子ビームにより高抵抗体１２の表面を走査することで行われる。
【００５１】
図３（ａ）は電子銃２からの電子ビームの加速電圧と高抵抗体１２の帯電状態を示すグラフ、図３（ｂ）は電子ビームの加速電圧と帯電電位の関係を示すグラフである。図３（ａ）および（ｂ）に示すように、電子ビームの加速電圧Ｅ１が、２次電子放出比δが１となる加速電圧Ｅ０よりも高く設定されると、入射電子量が放出電子量を上回る。これにより電子が高抵抗体に蓄積され、高抵抗体の帯電が行われる。高抵抗体の表面はマイナスの電荷を一様に帯びる。
【００５２】
また、図４には、電子ビームの照射時間と帯電潜像との関係を示している。図４において、白い部分はすでに帯電されている領域（明部）を、黒い部分は抗帯電領域（暗部）を示している。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ照射時間ｔ１、ｔ２、ｔ３に対応し、時間の長さはｔ１＜ｔ２＜ｔ３となっている。図４に示すように、照射時間の増加とともに、暗部すなわち抗帯電領域が減少する。
【００５３】
このように、電子銃２からの加速電圧と高抵抗体１２への照射時間を適切に設定することにより、所望の帯電電位を高抵抗体１２に形成することができる。
【００５４】
図２に示すフローチャートに戻る。ステップＳ１における帯電の後、２次電子検出器７０が高抵抗体１２からの２次電子を検出するとともに、検出された信号を信号検出部８１がサンプリングし、画像データ変換部８２がサンプリングデータを画像データに変換することで、静電潜像の画像データの取得が行われる（ステップＳ２）。その結果、潜像画像のパターンを可視的な画像として得ることができる。取得された画像データは、図示せぬ記憶手段に記憶される。
【００５５】
図５（ａ）は、２次電子検出器７０と高抵抗体１２との間の空間における電位分布を、等高線表示で説明的に示したものである。高抵抗体１２の表面は、帯電しにくい抗帯電領域を除いては負極性に帯電した状態にある。２次電子検出器７０には正極性の電位が与えられているから、実線の電位等高線群で示すように、高抵抗体１２の表面から２次電子検出器７０に近づくに従い電位が高くなる。
【００５６】
したがって、高抵抗体１２の負極性に帯電している部分である、図５（ａ）のＱ１点やＱ２点で発生した２次電子ｅｌ１、ｅｌ２は、２次電子検出器７０の正電位に引かれ、矢印Ｇ１や矢印Ｇ２で示すように変位し、２次電子検出器７０に捕獲される。
【００５７】
一方、図５（ａ）において、帯電しにくい抗帯電領域部分の中央部にあるＱ３点近傍では、電位等高線の配列は破線で示すように、Ｑ３点を中心とした半楕円形になっている。この部分における電位分布では、Ｑ３点に近いほど電位が高くなっている。したがって、Ｑ３点近傍で発生した２次電子ｅｌ３には、矢印Ｇ３で示すように、高抵抗体１２側に拘束する電気力が作用する。このため、２次電子ｅｌ３は、破線の電位等高線で示すポテンシャルの穴、すなわち、Ｑ３点近傍に形成された高電位領域に捕獲され、２次電子検出器７０に向かって移動することはない。図５（ｂ）は、上記ポテンシャルの穴を模式的に示している。
【００５８】
このように、２次電子検出器７０により検出される２次電子の強度の大きい（数が多い）部分が負帯電している部分（図５（ａ）の点Ｑ１や点Ｑ２に代表される部分）に対応し、強度の小さい部分（図５（ａ）の点Ｑ３に代表される部分）が抗帯電領域に対応する。
【００５９】
そして、２次電子検出器７０で得られる電気信号を、信号検出部８１で所定のサンプリング時間毎にサンプリングすれば、サンプリング時刻Ｔをパラメータとして、表面電位分布Ｖ（Ｘ，Ｙ）をサンプリングに対応した微小領域ごとに特定できる。この表面電位分布Ｖ（Ｘ，Ｙ）を画像データ変換部８２により２次元的な画像データとして構成し、この２次元的な画像データをアウトプット装置（図示せず。評価手段の一部をなす。）で出力すれば、潜像画像のパターンを可視的な画像として得ることができる。
【００６０】
図２に示すフローチャートに戻る。ステップＳ２において潜像画像データの取得が行われた後、２値化部８３は、上記ステップＳ２において得られた潜像画像データを、所定の基準信号強度を閾値（スレッシュ）として２値化する（ステップＳ３）。具体的には、潜像画像データの各画素について、スレッシュ以上の信号強度である画素を明部、それ以外の画素を暗部とする２値化が行われる。
【００６１】
次に、明部画素カウント部８４は、２値化が行われた潜像画像データに含まれる明部の画素数を計測する（ステップＳ４）。
【００６２】
次に、比較部８５は、ステップＳ４で計測された明部の画素数と、前回計測された静電画像データに含まれる明部の画素数とを比較し、その増加数を算出し、算出したデータを図示せぬ記憶装置に記憶する（ステップＳ５）。なお、このステップＳ５において、前回計測されたデータが存在しない場合には比較は行われず、次のステップＳ６へと進む。
【００６３】
次に、図示せぬコンピュータ等の演算装置は、計測回数ｉが所定回数Ｎに到達したか否かの判断を行う（ステップＳ６）。計測回数ｉが所定回数Ｎに到達した場合には、全計測工程が終了する。一方、計測回数ｉが所定回数Ｎに到達していない場合には、ステップＳ７において測定回数ｉがｉ＋１へと繰り上げられ、再度ステップＳ２からの計測が行われる。ｉ＋１回目の計測は、ｉ回目の計測と同じ条件（ステップＳ１参照）により電子線を照射し続けた状態で、ｉ回目の計測から所定時間経過後に行われる。
【００６４】
次に、上述したステップＳ２からステップＳ６をＮ回繰り返して得た、１回目と２回目の間の増加分、２回目と３回目間の増加分、…、Ｎ−１回目とＮ回目の間の増加分の合計Ｎ−１個の明部画素数の増加数データに基づいて、高抵抗体の静電特性評価が行われる。すなわち、同じ照射条件下で所定時間毎に潜像画像データの取得が行われるとともに、時間経過に伴う潜像画像の変化が、明部の画素数の増加量変化に基づき計測される。
【００６５】
図６は、横軸を時間ｔ、縦軸を所定時間毎の明部画素数の増加量ΔＳとしたときのグラフを示す。このグラフにおいて、所定時間毎の明部画素数の増加量ΔＳの極大値が２箇所あるが、最初の極大値Ａは帯電し易い領域を、次の極大値Ｂは抗帯電領域を示す。図６（ａ）と図６（ｂ）は、それぞれ紙と紙、転写ベルトと転写ベルト等、同じ種類の高抵抗体の２つのサンプルについての上記グラフを示している。これら２つのグラフを比較すると、図６（ｂ）のサンプルと比較して、図６（ａ）のサンプルの方が、極大値Ａ−Ｂ間の時間が短くなっている。これは、図６（ａ）のサンプルの方が図６（ｂ）のサンプルよりも短時間で均一な帯電が行われたこと、すなわち、帯電特性が良好であることを示している。
【００６６】
このように、上記フローチャートを実行することで得られるＮ−１個の明部画素数の増加数データに基づいて、図６のグラフに示したように帯電し易い領域と抗帯電領域のそれぞれについて、明部画素数増加量の極大値を求めることができる。そして、それらの極大値間の時間の長短から、帯電特性の良否を判断することができる。極大値間の時間が短い程、短時間で均一な帯電が行われるため、帯電特性が良好であることを示す。
【００６７】
本実施例に係る帯電特性評価装置は、電子銃から高抵抗体に電子ビームを照射し、高抵抗体からの２次電子を２次電子検出器で検出し、検出された２次電子を画像データ変換部により潜像画像データに変換し、変換された潜像画像データを基準信号強度に基づき２値化部により明部と暗部に２値化し、２値化された潜像画像データの明部の画素数の所定時間毎の増加量変化に基づき高抵抗体の帯電特性評価を行う。そのため、画素の密度に応じたミクロンスケールで高抵抗体の帯電特性評価を行うことができる。また、電子ビームを用いて帯電測定評価を行うことにより、カンチレバーのセンサヘッドを用いる場合と異なり、絶対距離計測が不要であり、測定を短時間で行うことができ、放電、吸着が起こらず、センサが磁場を乱すこともないため、帯電特性評価を迅速、簡便かつ安定して行うことができる。なお、荷電粒子ビームとしてイオンビームを用いても電子ビームを用いた場合と同様の効果を奏することができる。
【００６８】
[第２の実施例]
次に、本発明に係る帯電特性評価装置の第２の実施の形態について、先に説明した実施の形態と異なる部分を中心に説明する。第１の実施例では、潜像画像データの取得が行われる度に２値化、明部画素数の計測および前画像データとの比較を行うが、第２の実施例では、予め全ての画像データを取得した後、画像データを呼び出し、各画像データについての２値化、明部画素の計測および前画像データとの比較を行う。
【００６９】
図７は、本実施例に係る帯電特性評価装置による所定時間毎の明部画素数の増加量計測の工程を示すフローチャートである。まず、電子銃２は、高抵抗体１２に電子ビームを照射し、高抵抗体１２の表面の帯電を行う（ステップＳ１０）。この帯電は、図５に示したフローチャートの説明において詳述した帯電と同様に行われる。
【００７０】
次に、２次電子検出器７０は、高抵抗体１２からの２次電子を検出するとともに、検出された信号を信号検出部８１がサンプリングし、画像データ変換部８２がサンプリングデータを画像データに変換することで、静電潜像の画像データの取得が行われる（ステップＳ１１）。その結果、潜像画像のパターンを可視的な画像として得ることができる。取得された画像データは、図示せぬ記憶手段に記憶される。
【００７１】
次に、図示せぬコンピュータ等の制御手段は、静電潜像画像データの取得回数ｉが所定回数Ｎに到達したか否かの判断をする（ステップＳ１２）。取得回数ｉが所定回数Ｎに到達していない場合には、測定回数ｉがｉ＋１へと繰り上げられ（ステップＳ１７）、再度ステップＳ１１からの静電潜像画像データの取得が行われる。一方、取得回数ｉが所定回数Ｎに到達している場合は、ステップＳ１３へと進む。
【００７２】
次に、図示せぬコンピュータ等の制御手段は、保存されていた全ての画像データを呼び出す（ステップＳ１３）。
【００７３】
次に、２値化部８３は、上記ステップＳ１３において呼び出された全ての潜像画像データについての２値化を行う（ステップＳ１４）。この２値化は、図５に示すフローチャートの説明において詳述した２値化と同様に行われるため、ここではその詳細な説明は省略する。
【００７４】
次に、明部画素カウント部８４は、２値化が行われた全ての静電潜像画像データに含まれる明部の画素数を計測する（ステップＳ１５）。
【００７５】
次に、比較部８５は、ステップＳ１５において全ての静電潜像画像データについて得られた明部の画素数について、直前に得られた静電潜像画像データに含まれる明部の画素数との比較をそれぞれ行い（ステップＳ１６）、その増加数を算出し、全計測工程が終了する。得られた増加数データは、図示せぬ記憶装置に記憶される。また、前回計測されたデータが存在しない場合には、比較は行われない。
【００７６】
そして、図５に示したフローチャートを実行した後に行われたものと同様に、図７のフローチャートを実行することで得られるＮ−１個の明部画素数の増加数データに基づいて、明部画素数増加量の極大値（ピーク）が求められる。それらのピーク間の時間の長短から、帯電特性の良否が判断される。ピーク間の時間が短い程、短時間で均一な帯電が行われているため、帯電特性が良好であることを示す。この帯電特性評価は、図示せぬコンピュータ等の演算装置により行われる。
【００７７】
本実施例に係る帯電特性評価装置は、電子銃から高抵抗体に電子ビームを照射し、高抵抗体からの２次電子を２次電子検出器で検出し、検出された２次電子を画像データ変換部により潜像画像データに変換し、変換された潜像画像データを基準信号強度に基づき２値化部により明部と暗部に２値化し、２値化された潜像画像データの明部の画素数の増加量に基づいて、高抵抗体の帯電特性評価を行う。そのため、画素の密度に応じたミクロンスケールで高抵抗体の帯電特性評価を行うことができる。また、電子ビームを用いて帯電測定評価を行うことにより、カンチレバーのセンサヘッドを用いる場合と異なり、絶対距離計測が不要であり、測定を短時間で行うことができ、放電、吸着が起こらず、センサが磁場を乱すこともないため、帯電特性評価を迅速、簡便かつ安定して行うことができる。なお、荷電粒子ビームとしてイオンビームを用いても電子ビームを用いた場合と同様の効果を奏することができる。
【００７８】
[第３の実施例]
本発明に係る帯電特性評価装置の第３の実施例について、先に説明した実施の形態と異なる部分を中心に説明する。第１の実施例では、潜像画像データを取得し２値化した後、明部画素数の計測および前画像データとの比較を行い明部画素数の増加量の経時的な変化に基づいて帯電特性の評価を行う。しかし、第３の実施例では、所定時間帯電を行った後に潜像画像データを取得し、潜像画像データを２値化し、２値化した潜像画像データについて明部の画素数に基づき明部と暗部の面積比を求め、その面積比から高抵抗体の帯電特性評価を行う。
【００７９】
図８は、本発明の第３の実施例に係る帯電特性評価装置を示している。なお、図８に示す帯電特性評価装置１は、図１に示す帯電特性評価装置において設けられていた前データとの比較部８５が設けられていない他は、図１に示す帯電特性評価装置と同様の構成であり、図１に示した帯電特性評価装置と同じ構成部材には同じ符号を付してある。
【００８０】
図８に示す帯電特性評価装置１を用いた高抵抗体の帯電特性の評価方法を、図９を用いて説明する。図９は本実施例に係る帯電特性評価装置を用いた帯電特性評価方法を示すフローチャートである。この評価方法では、電子ビーム照射を所定時間行うことで得られる静電潜像画像データの取得と、それに対する２値化および明部画素数計測が行われる。
【００８１】
まず、電子銃２は、高抵抗体１２に電子ビームを照射し、高抵抗体１２の表面の帯電を行う（ステップＳ２０）。この帯電は、電子ビームにより高抵抗体１２の表面を所定時間走査することで行われる。
【００８２】
次に、２次電子検出器７０は、高抵抗体１２からの２次電子を検出するとともに、検出された信号を信号検出部８１がサンプリングし、画像データ変換部８２がサンプリングデータを画像データに変換することで、静電潜像の画像データの取得が行われる（ステップＳ２１）。その結果、潜像画像のパターンを可視的な画像として得ることができる。取得された画像データは、図示せぬ記憶手段に記憶される。
【００８３】
次に、２値化部８３は、所定の基準信号強度を閾値（スレッシュ）として、上記ステップＳ２１において得られた潜像画像データの２値化を行う（ステップＳ２２）。具体的には、潜像画像データの各画素について、スレッシュ以上の信号強度である画素を明部、それ以外の画素を暗部とする２値化が行われる。
【００８４】
次に、明部画素カウント部８４は、２値化が行われた潜像画像データから明部の輪郭を抽出し、輪郭の内側を占める明部の画素数を計測し（ステップＳ２３）、潜像画像データ全体の画素数から明部の画素数を差し引くことで、暗部の画素数も算出する。こうして明部および暗部の画素数から、各部の面積が求められる。そして、全計測工程が終了する。
【００８５】
次に、図示せぬコンピュータ等の演算装置は、明部の画素数から得られる明部の面積をＳｂ、暗部の画素数から得られる暗部の面積をＳｄとしたときの、明部と暗部の面積比Ｓｂ／Ｓｄを算出する。Ｓｂ／Ｓｄが高い方が、帯電特性が良好であることを示す。
【００８６】
本実施例に係る帯電特性評価装置は、電子銃から高抵抗体に電子ビームを所定時間照射し、高抵抗体からの２次電子を２次電子検出器で検出し、検出された２次電子を画像データ変換部により潜像画像データに変換し、変換された潜像画像データを基準信号強度に基づき２値化部により明部と暗部に２値化し、２値化された潜像画像データの明部の画素数に基づき帯電し易い領域と抗帯電領域との面積比を求め、高抵抗体の帯電特性評価を行う。そのため、画素の密度に応じたミクロンスケールで高抵抗体の帯電特性評価を行うことができる。また、潜像画像データの取得を１回のみ行えばよいことから、迅速かつ簡易に帯電特性評価を行うことができる。さらに、電子ビームを用いて帯電測定評価を行うことにより、カンチレバーのセンサヘッドを用いる場合と異なり、絶対距離計測が不要であり、測定を短時間で行うことができ、放電、吸着が起こらず、センサが磁場を乱すこともないため、帯電特性評価を迅速、簡便かつ安定して行うことができる。なお、荷電粒子ビームとしてイオンビームを用いても電子ビームを用いた場合と同様の効果を奏することができる。
【００８７】
[第４の実施例]
本発明に係る帯電特性評価装置の第４の実施例について、先に説明した実施の形態と異なる部分を中心に説明する。第１の実施例では帯電特性評価を行う際に常に一定の帯電条件で帯電を行っていたが、第３の実施例では帯電条件を途中で変更して帯電を行う。
【００８８】
ここで、抗帯電領域を詳しく分析すると、常に同一の条件で電子ビーム等の荷電粒子ビームを高抵抗体に照射し続ける場合、帯電しにくいことがある。しかし、そのような場合でも、照射の途中で照射条件を変更すると、比較的短時間で帯電を行うことができる。そこで、本実施例に係る帯電特性評価装置では、図１０のフローチャートに示すように、最初に所定の条件で高抵抗体に電子ビームを照射する第１帯電（プレ照射）を行った後、電子ビームの照射条件を変更して更に電子ビームを照射する第２帯電を行う。こうすることで、高抵抗体を比較的短時間で帯電させることができるため、高抵抗体の帯電特性評価を短時間で行うことができる。なお、本実施例において変更する照射条件は、電子ビームの照射角度、ランディングエネルギ、照射電流密度等である。
【００８９】
以下、図１０を用いて本実施例に係る帯電特性評価装置１を用いた高抵抗体の帯電特性の評価方法を説明する。図１０は、本実施例に係る帯電特性評価装置１を用いた高抵抗体の帯電特性の評価方法を示している。
【００９０】
まず、使用者は、プレ照射の照射条件を設定する（ステップＳ３０）。ここで設定される照射条件は、電子ビームの照射角度、加速電圧、照射電流密度、照射時間等である。プレ照射の照射条件設定は、使用者が図示せぬコンピュータ等の制御装置に設けられたタッチパネル等を操作することで行われる。この照射条件設定は、使用者により予め設定され、帯電特性評価を行うときに図示せぬ制御手段の記憶部から自動的に呼び出されるようにしてもよい。または、帯電特性評価を行う度に使用者が手動で設定してもよい。
【００９１】
次に、電子銃２は、ステップＳ３０において設定された照射条件で電子ビームのプレ照射を行う（ステップＳ３１）。
【００９２】
次に、使用者は、電子ビームの照射条件を変更する（ステップＳ３２）。変更対象となる照射条件は、電子ビームの照射角度、ランディングエネルギおよび照射電流密度である。これらの照射条件の変更については後に詳述する。この照射条件変更は、使用者により予め変更後の条件が設定され、帯電特性評価を行うときに図示せぬ制御手段の記憶部から自動的に呼び出されるようにしてもよい。または、照射条件の変更を行う度に使用者が手動で設定してもよい。
【００９３】
次に、電子銃２は、照射条件が変更された電子ビームを照射し、高抵抗体の帯電を行う（ステップＳ３３）。
【００９４】
次に、２次電子検出器７０は、高抵抗体１２からの２次電子を検出するとともに、検出された信号を信号検出部８１がサンプリングし、画像データ変換部８２がサンプリングデータを画像データに変換することで、静電潜像の画像データの取得が行われる（ステップＳ３４）。その結果、潜像画像のパターンを可視的な画像として得ることができる。取得された画像データは、図示せぬ記憶手段に記憶される。
【００９５】
次に、２値化部８３は、所定の基準信号強度を閾値（スレッシュ）として、上記ステップＳ３４において得られた潜像画像データの２値化を行う（ステップＳ３５）。具体的には、潜像画像データの各画素について、スレッシュ以上の信号強度である画素を明部、それ以外の画素を暗部とする２値化が行われる。
【００９６】
次に、明部画素カウント部８４は、２値化が行われた潜像画像データに含まれる明部の画素数を計測する（ステップＳ３６）。
【００９７】
次に、比較部８５は、ステップＳ３６で計測された明部の画素数と、前回計測された静電画像データに含まれる明部の画素数とを比較し、その増加数を算出し、算出したデータを図示せぬ記憶装置に記憶する（ステップＳ３７）。なお、このステップＳ３７において、前回計測されたデータが存在しない場合には比較は行われず、次のステップＳ３８へと進む。
【００９８】
次に、図示せぬコンピュータ等の演算装置は、計測回数ｉが所定回数Ｎに到達したか否かの判断を行う（ステップＳ３８）。計測回数ｉが所定回数Ｎに到達した場合には、全計測工程が終了する。一方、計測回数ｉが所定回数Ｎに到達していない場合には、ステップＳ３９において測定回数ｉがｉ＋１へと繰り上げられ、再度ステップＳ３４からの計測が行われる。ｉ＋１回目の計測は、ｉ回目の計測と同じ条件（ステップS３３参照）により電子線を照射し続けた状態で、ｉ回目の計測から所定時間経過後に行われる。
【００９９】
次に、上述したステップＳ３４からステップＳ３８をＮ回繰り返して得た、１回目と２回目の間の増加分、２回目と３回目間の増加分、…、Ｎ−１回目とＮ回目の間の増加分の合計Ｎ−１個の明部画素数の増加数データに基づいて、高抵抗体の静電特性評価が行われる。この評価方法については上述した第１の実施例と同様である。すなわち、同じ照射条件下で所定時間毎に潜像画像データの取得が行われるとともに、時間経過に伴う潜像画像の変化が、明部の画素数の増加量変化に基づき計測される。
【０１００】
なお、本実施例においては、電子ビームの照射条件の変更を上述した第１の実施例の帯電特性評価装置において行ったが、本発明においてはそれに限らず、第２または第３の実施例の帯電特性評価装置においても、電子ビームの照射条件の変更を行っても良い。
【０１０１】
ここで、本実施例における電子ビームの照射条件の変更について、以下に説明する。
【０１０２】
まず、電子ビームの照射角度を変更する場合について説明する。図１１に示すように、帯電特性評価装置１に、高抵抗体１２が載置された試料載置台６０を水平方向に移動可能とするステージ６２と、ステージ６２の移動を制御するコンピュータ等の移動制御手段９０を設ける。ステージ６２が移動することで、高抵抗体１２に対する電子ビームの入射角度は変化する。そのため、高抵抗体１２に対し様々な角度から電子ビームを入射させることができる。ある角度から電子ビームを入射させたときには帯電しにくい場合でも、別の角度から電子ビームを入射させることができるため、高抵抗体を比較的短時間で帯電させることができる。なお、本実施例においてはステージを平行移動可能としたが、本発明においてはこれに限らず、ステージを任意の角度に傾斜可能としてもよい。これにより、本実施例と同様に電子ビームの入射角度を変化させることができる。
【０１０３】
次に、電子ビームが高抵抗体に到達する際のランディングエネルギを変更する場合について説明する。高抵抗体に到達する電子ビームのランディングエネルギを変化させると、高抵抗体から放出される２次電子の放出特性が変化するため、帯電状態が変化し、高抵抗体を比較的短時間で帯電させることができる。ランディングエネルギを変更する方法としては、加速電圧を変更する場合と、高抵抗体の背面に電圧を印加する場合とがある。
【０１０４】
加速電圧の変更は、図１に示す帯電特性評価装置１の加速電極５に印加される電圧を調整することで行われる。この場合、焦点距離等を調整するため、荷電粒子光学系５０全体の調整が必要となる。
【０１０５】
高抵抗体の背面へ印加する電圧の変更は、図１および図１２に示す試料載置台６０を用いて行われる。この試料載置台６０は、導電材料６１、絶縁体６２および接地電極６３を上からこの順番に重ねて形成されている。高抵抗体１２と接地電極６３との間に絶縁体６２が配置されていることで、高抵抗体１２がフロート状態となっている。この状態で高抵抗体１２の背面に位置する導電材料６１に電圧を印加することで、電子銃２から照射される電子ビームが高抵抗体１２に到達する際のランディングエネルギを調整することができ、高抵抗体を比較的短時間で帯電させることができる。高抵抗体の背面へ印加する電圧を変更する場合は、荷電粒子光学系５０の調整は不要である。
【０１０６】
次に、電子ビームの照射電流密度を変更する場合について説明する。この場合、コンデンサレンズ６に印加される電圧と、アパーチャ８の開口径を調節することで、高抵抗体１２に照射される電子ビームの照射電流密度が調整される。図１３には、アパーチャ８の開口径が同一であって、コンデンサレンズ６に印加される電圧を変えた２つの場合の電子ビームの光路が示されている。図１３（ａ）に示す場合は、コンデンサレンズ６への印加電圧が図１３（ｂ）に示す場合と比較して小さくなっている。そのため、図１３（ａ）に示す場合では、電子ビームが全てアパーチャ８の開口部を抜け高抵抗体に照射される。これに対し、図１３（ｂ）に示す場合では、電子ビームの一部がアパーチャ８の開口部を抜けることができず、アパーチャ８の開口部を通過する電子ビームの密度が図１３（ａ）の場合と比較して少なくなっている。荷電粒子ビームの照射密度を変えることで高抵抗体を比較的短時間で帯電させることができるため、高抵抗体の帯電特性評価を短時間で行うことができる。
【０１０７】
本実施例に係る帯電特性評価装置は、電子銃から高抵抗体に電子ビームを照射し、高抵抗体からの２次電子を２次電子検出器で検出し、検出された２次電子を画像データ変換部により潜像画像データに変換し、変換された潜像画像データを基準信号強度に基づき２値化部により明部と暗部に２値化し、２値化された潜像画像データの明部の画素数に基づき高抵抗体の帯電特性評価を行う。そのため、画素の密度に応じたミクロンスケールで高抵抗体の帯電特性評価を行うことができる。また、電子ビームを用いて帯電測定評価を行うことにより、カンチレバーのセンサヘッドを用いる場合と異なり、絶対距離計測が不要であり、測定を短時間で行うことができ、放電、吸着が起こらず、センサが磁場を乱すこともないため、測定を迅速、簡便かつ安定して行うことができる。さらに、電子ビームの照射条件が途中で変更されることで、高抵抗体を比較的短時間で帯電させることができるため、高抵抗体の帯電特性評価を短時間で行うことができる。なお、荷電粒子ビームとしてイオンビームを用いても電子ビームを用いた場合と同様の効果を奏することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１  帯電特性評価装置
２  電子銃
３  サプレッサ電極
４  引き出し電極
５  加速電極
６  コンデンサレンズ
７  ビームブランカ
８  アパーチャ（可動絞り）
９  スティグメータ
１０  走査レンズ
１１  静電対物レンズ
１２  高抵抗体
１０  荷電粒子光学系
６０  試料載置台
７０  ２次電子検出器
８０  情報処理部
８１  信号検出部
８２  画像データ変換部
８３  ２値化部
８４  明部画素カウント部
８５  比較部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０９】
【特許文献１】特開平９−２１１０４６号公報
【特許文献２】特許第３００９１７９号公報
【特許文献３】特開平１１−１８４１８８号公報
【特許文献４】特開２００３−２９５６９６号公報
【図１】
0005531834.tif 000002
【図２】
0005531834.tif 000003
【図３】
0005531834.tif 000004
【図４】
0005531834.tif 000005
【図５】
0005531834.tif 000006
【図６】
0005531834.tif 000007
【図７】
0005531834.tif 000008
【図８】
0005531834.tif 000009
【図９】
0005531834.tif 000010
【図１０】
0005531834.tif 000011
【図１１】
0005531834.tif 000012
【図１２】
0005531834.tif 000013
【図１３】
0005531834.tif 000014
【図１４】
0005531834.tif 000015